汽車倒車提示器的製作方法
2023-08-08 22:28:41 1
專利名稱：汽車倒車提示器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽車倒車提示器，具體是一種在汽車倒車時能夠檢測車後的障礙物(包括人體)的距離，並能夠探測是否有人在車後，以及顯示障礙物或人體的距離和用語音讀出該距離或提示有人在車後。
背景技術：
現代汽車測距主要有微波測距、雷射測距和超聲波測距等多種方法。微波系統測距範圍較遠，由於採用相控陣天線成像技術，已達到了實用化的程度，只是目前成本居高不下。國內已有公司設計出雷射汽車防撞系統樣品，但由於雷射波束較窄、路障報告率偏低而暫時不能推廣。現有的倒車提示器主要功能是在倒車時只有固定的語音提示，而沒有有關車後障礙物或人員的任何信息，駕駛員只能通過向後觀察了解相關情況，當對於較低的障礙物或人員則不能看到。由於倒車而導致的事故時有發生。
發明內容
本實用新型的目的就是提供一種汽車倒車提示器，以便在汽車倒車時能夠檢測車後的障礙物(包括人體)的距離，並能夠探測是否有人在車後，以及顯示障礙物或人體的距離和用語音讀出該距離或提示有人在車後。
本實用新型的技術方案是包括控制單元、超聲測距模塊、人體探測模塊、數碼顯示器和語音讀數及報警器，超聲測距模塊和人體探測模塊分別與控制單元的不同輸入端連接，控制單元的不同輸出端分別與所述的數碼顯示器和語音讀數及報警器連接。
所述的控制單元由兩片CPLD集成電路及常規外圍電路相互連接構成。
所述的超聲測距模塊包括發射電路和接收電路，該發射電路包括放大器和超聲波發射頭，放大器的輸入端與所述的控制器的超聲波輸出端連接，放大器的輸出端與超聲波發射頭連接；所述的接受電路包括超聲波換能器和信號處理電路，超聲波換能器通過信號處理電路後與所述的控制單元的對應輸入端連接。
所述的人體探測模塊由熱釋紅外傳感器和處理電路構成。
所述的處理電路由熱釋紅外檢測專用集成電路BISS0001與常規外圍電路連接而成，由該電路輸出的信號傳送給CPLD進行判斷，並控制語音晶片進行提醒車後行人情況。
所述的語音讀數及報警器包括單片語音錄放電路ISD25120、、一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕和常規連接的電阻電容。
所述的數碼顯示器採用CPLD直接通過限流電阻驅動四位七段數碼管顯示。
所述的四位七段數碼管採用循環掃描方式，即CPLD通過四個I/O口SEL_BUFF[3..0]使四位數碼管的COM1、COM2、COM3、COM4依次出現低電平的同時，在A、B、C、D、E、F、G、H七個管腳送出所要顯示的數據，掃描頻率在千赫茲左右。
在所述的控制單元設有溫度採集模塊，用於檢測和採集周圍的溫度並將相應的數據輸送到控制單元，由該控制單元進行處理後對所述的超聲波測距模塊進行溫度補償，消除溫度變化對測距精度的影響。
聲波的發射和接收是自然界中的普遍現象。頻率低於20KHz的聲波人耳可辨，進行著各式各樣、錯綜複雜的自然聲音傳遞，因背景複雜而不利做測試媒體使用。頻率高於20kHz的超聲波不僅波長短、方向性好、而且能夠呈射線定向傳播，碰到界面就會有顯著反射。這些特性有利於選用超聲波做媒體，測定物體的位置、距離甚至形狀等。超聲波不受無線電頻譜資源限制，易於抗電磁幹擾設計。另外，超聲波的發射接收探頭價格低廉，國內有很多工廠在大量生產，性能穩定，選擇的餘地也很大，超聲系統成本低、性能穩定可靠。
超聲波測距應用於汽車倒車可以有效防止倒車時可能發生事故，保障行人與車輛自身安全。紅外檢測系統運用新型熱釋紅外傳感器對人體進行探測，當車後有人出現後發出報警信號。超聲波測出車後的距離用數字顯示及語音提示、車後有人時有語音報警。
本實用新型採用複雜可編程邏輯器件作為控制核心，它將控制超聲波發射和接收電路進行距離測量，並設計了溫度採集電路用來修正系統的測量誤差。紅外檢測系統還運用新型熱釋紅外傳感器對人體進行探測，當車後有人出現後發出報警信號，複雜可編程邏輯器件將控制語音晶片把測量數據自動讀出，並報告車後狀況。
本實用新型融合超聲波測距技術、紅外探測技術、語音技術為一體。具有集成度高，測量數據精度高、性價比高等特點。具有較強的實用價值和廣闊的市場前景。
圖1是本實用新型的構成電路框圖；圖2是本實用新型的控制單元的實施例電路圖；圖3是本實用新型的超聲波測距模塊的發射電路的實施例電路圖；圖4是本實用新型的超聲波測距模塊的接收電路的實施例電路圖；圖5是本實用新型的人體探測模塊的實施例電路圖；圖6是本實用新型的溫度採集模塊的實施例電路圖；圖7是本實用新型的語音讀數及報警器的實施例電路圖；圖8是本實用新型的數碼顯示器的實施例電路圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型總體構成包括控制單元1、超聲測距模塊2、人體探測模塊3、溫度採集模塊4、數碼顯示器5和語音讀數及報警器6，超聲測距模塊2、人體探測模塊3和溫度採集模塊4分別與括控制單元1的不同輸入端連接，控制單元1的不同輸出端分別與所述的數碼顯示器5和語音讀數及報警器6連接。
參見圖2，本實用新型的控制單元1由兩片CPLD(即ALTERA公司生產的EPM7128SLC84-15)為核心配以常規外圍電路相互連接組成。其中FENPIN_40K、FENPIN20000是時鐘產生模塊，KONNGZHI是超聲波發射接收控制模塊，LUCHENG_LI是距離計量模塊，SEL_4和DISP是顯示模塊，ISD25120是語音晶片控制模塊。CPLD內部超聲波控制電路總體設計本題測量周期定為0.5秒因此定時啟動模塊每0.5秒發出一低脈衝信號給發送控制模塊，發送模塊將立即啟動送出32個頻率為40KHZ的方波給外圍發射電路把超聲波信號發送出去。同時還啟動接收控制模塊，此模塊將負責超聲波信號接收控制，它將屏蔽掉幹擾信號(主要是未經過反射而直接從發射探頭繞射回來的信號)和二次回波信號，並在啟動信號和接收到有效信號期間給出計數閥門信號，此信號將是渡越時間計量模塊的計時起始結束的標準。渡越時間計量及距離計算模塊是系統測距的關鍵所在，它通過一個單獨時鐘對(該時鐘頻率受溫度測量模塊的數據控制)其周期將始終保持在或接近聲波在現在溫度下傳播2毫米所用的時間。這樣計數器每收到一個計數時鐘脈衝就加一計數，對應的距離增加1毫米，計數器將數據輸出到數碼顯示模塊去顯示。
參見圖3和圖4，本實用新型的超聲測距模塊2由發射電路和接收電路組成。
超聲波發射電路採用CPLD來產生傳感器驅動控制信號，再由CPLD控制將其送至由兩個三極體Q1和Q2組成的放大器(反相器)和超聲波發射頭X1的發射電路中發射出去。
本系統要求精確發出40KHZ的方波送到超聲波發射頭X1上作為驅動信號，在CPLD控制下產生的驅動信號穩定性好，精度高，與傳感器的頻率匹配度比傳統型的要高得多。
由於CPLD輸出電流比較小不足以驅動超聲波發射探頭X1發出足夠強度的超聲波信號，因此用一反相器拉升輸出電流，該反相器由2個9018複合而成。如圖3所示。
參見圖4，所述的接收電路由接收換能器M(超聲波接收探測頭)、運算放大器Q、比較器等環節組成。超聲波碰到障礙物會發生透射和反射，其中反射到探頭M的超聲波被換能器變成電壓信號。由於超聲波在空氣中衰減較嚴重，探頭接收到的反射波很微弱，故換能器輸出的電壓信號也很微弱(毫伏級)，為此設計了將信號放大100萬倍左右的放大電路。採用三級放大前兩級各放大100倍，採用高速精密放大器NE5532，其帶寬為10MHz，放大倍數為100倍時，能充分滿足要求。
第三級採用NE5534運算放大器，帶寬10MHZ對於100倍的放大倍數，能充分滿足條件。
放大後的交流信號經光UA741電壓跟隨後進入比較器LM311，比較器的作用是將交流信號整形輸出一個方波信號，此方波信號送回CPLD處理。
參見圖5，所述的人體探測模塊3由熱釋紅外探頭和處理電路構成。所述的處理電路由熱釋紅外檢測專用集成電路BISS0001與常規外圍電路連接而成，由該電路輸出的信號傳送給CPLD進行判斷，並控制語音晶片進行提醒車後行人情況。
參見圖6，所述的溫度採集系統以CPLD為控制核心，溫度採集硬體部分主要有A/D轉換器AD0809及其接口電路，溫度傳感器AD590及其接口電路。主要功能是通過A/D轉換將傳感器AD590採集到的溫度信號轉換為數據，將數據發送到超聲波測距模塊，對其計數時鐘的的頻率進行修正。由於只用一路數據採集所以AD0809的A，B，C三端分別連接好電平值選中任選一路通道即可。ADC0809的8位數據輸出是帶有三態緩衝器的，由輸出允許信號(OE)控制，所以8根數據線可直接與CPLD的8個I/O口相接。地址鎖存信號(ALE)和啟動轉換信號(START)，輸出允許信號(OE)也由CPLD產生。CPLD中的分頻電路分頻出的40KHZ方波送到ADC0809作為時鐘信號。轉換完成信號EOC送入CPLD的埠，通過查詢方式就可以完成溫度數據的採集。
採用電橋電路用兩極運放構成電平轉換放大電路。採用高精度運放OP07，將微弱的電流信號放大為0-5V之間的電壓，R1、R2起到矯正作用，調整R1、R2兩個電阻的參數，使得在0℃的時候輸出電壓為0V，50℃的時候輸出電壓為5V。經過該電路處理，輸出的電壓值與溫度具有很好的線性度，並且精度和靈敏度都比較高。
參見圖7，本實用新型的語音讀數及報警器6採用的語音錄放晶片為為美國ISD公司出品的優質單片語音錄放電路ISD25120。與市場現有定製好的語音IC(例如市場上的「倒車請注意」語音IC)相比不僅語音質量優美，而且語音可以自己自由定製語音內容，比如可以錄入自己家人的提醒語音，這樣駕駛人員聽了會倍感親切，提醒效果更好。
ISD25120由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗幹擾濾波器、輸出放大器組成。一個最小的錄放系統僅由一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數電阻電容組成。錄音內容存入永久存儲單元，提供零功率信息存儲，這個獨一無二的方法是藉助於美國ISD公司的專利——直接模擬存儲技術(DAST TM)實現的。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進入EEPROM存儲器。直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現。該語音讀數及報警器6具有以下特點1)使用方便的單片錄放系統，外部元件最少。
2)重現優質原聲，沒有常見的背景噪音。
3)放音可由邊沿或電平觸發。
4)無耗電信息存儲，省掉備用電池。
5)信息可保存100年，可反覆錄放10萬次。
6)較強的分段選址能力可處理多達600段信息。
7)具有自動節電模式。
8)錄或放後立即進入維持狀態，僅需0.5μA電流。
9)單一5伏電源供電。
本實用新型以CPLD為控制核心對語音晶片進行尋址組合放音將距離用優美的語音讀出來，無需佔用駕駛員的視覺，駕駛員可以全神貫注地注視車前場景，因而倒車更加輕鬆、更加安全。
參見圖8，本實用新型採用CPLD直接通過限流電阻驅動四位七段數碼管顯示，為了進一步降低功耗，還採用循環掃描方式，即CPLD通過四個I/O口SEL_BUFF[3..0]使四位數碼管的COM1、COM2、COM3、COM4依次出現低電平的同時在A、B、C、D、E、F、G、H七個管腳送出所要顯示的數據，由於掃描頻率在千赫茲左右，所以人眼所見到的數據依然是穩定的。
本實用新型以兩片與單片機不同的是CPLD支持並行處理技術，所以超聲波測距、溫度測量、語音晶片的控制都是採用並行的處理方式。CPLD通過定時器在啟動超聲波電路進行測距的同時也啟動AD0809對溫度傳感器AD590進行溫度採集，返回的溫度數據將對超聲波測距控制電路進行溫度補償和修正，以提高系統測量精度。此外，CPLD同時還監測人體探測模塊的輸出信號，把超聲波、熱釋紅外探測、溫度測量模塊的數據進行綜合處理後送往人機界面模塊，當有人出現後，通過數碼管進行顯示出距離並由CPLD控制語音晶片將數據用語音組合讀出來。
本實用新型具體功能和指標1).超聲波測距功能可以有效測量出車後方3.5米內的障礙物或行人與車的距離，測量精度為0.01米。(由於時間和器件限制本題沒有加大發射功率，如果需要更遠的距離只需增加功率放大電路和超聲波探頭的功率，CPLD程序作適當的修改就可以)。
2).人體探測功能可以探測車後5到7米的走動的人體。對於與車相對靜止的人無法探測到，不過由於倒車時車與行人保持相對靜止的可能性非常小，因此可以說能很可靠的監測車後人體的有無，如果進入超聲波測量範圍內亦可以測出距離。
3).溫度測量功能系統可以對環境溫度進行實時監測並對超聲波測距電路進行修正。範圍0至50攝氏度，精度為0.2攝氏度。
4).良好的人機界面系統用四位紅色數碼管適時顯示車後測量範圍內的障礙物距離，按讀音鍵可以用語音連貫讀出距離值。系統可以區分出車後是行人還是障礙物，無人時三色發光二極體發綠色光，在超聲波探測範圍外有人後發紅光，進入超聲波探測範圍內發光管變為橙色。如果有人體突然出現在車後，系統將自動啟動語音晶片報出離車的距離並警告駕駛員車後有人。加入語音系統後，可以讓駕駛員將視野更好的集中在車外情況而不必分散精力看顯示屏的數值。
5).電源實際應用中可以採用汽車12伏直流電瓶供電，經過電源變換電路轉換出-12伏和+5伏電源對電路供電。本題在實驗室條件下採用220伏市電經過變壓器和電源穩壓電路得出所需電源。
權利要求1.一種汽車倒車提示器，其特徵在於包括控制單元、超聲測距模塊、人體探測模塊、數碼顯示器和語音讀數及報警器，超聲測距模塊和人體探測模塊分別與控制單元的不同輸入端連接，控制單元的不同輸出端分別與所述的數碼顯示器和語音讀數及報警器連接。
2.根據權利要求1所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的控制單元由兩片CPLD集成電路及常規外圍電路相互連接構成。
3.根據權利要求1所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的超聲測距模塊包括發射電路和接收電路，該發射電路包括放大器和超聲波發射頭，放大器的輸入端與所述的控制器的超聲波輸出端連接，放大器的輸出端與超聲波發射頭連接；所述的接受電路包括超聲波換能器和信號處理電路，超聲波換能器通過信號處理電路後與所述的控制單元的對應輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的人體探測模塊包括熱釋紅外傳感器和處理電路。
5.根據權利要求1所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的處理電路由熱釋紅外檢測專用集成電路BISS0001與常規外圍電路連接而成，由該電路輸出的信號傳送給CPLD進行判斷，並控制語音晶片進行提醒車後行人情況。
6.根據權利要求1所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的語音讀數及報警器包括單片語音錄放電路ISD25120、、一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕和常規連接的電阻電容。
7.根據權利要求2所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的數碼顯示器採用CPLD直接通過限流電阻驅動四位七段數碼管顯示。
8.根據權利要求7所述的汽車倒車提示器，其特徵在於所述的四位七段數碼管採用循環掃描方式，即CPLD通過四個I/O口SEL_BUFF[3..0]使四位數碼管的COM1、COM2、COM3、COM4依次出現低電平的同時，在A、B、C、D、E、F、G、H七個管腳送出所要顯示的數據，掃描頻率在千赫茲左右。
9.根據權利要求1～8任何一項所述的汽車倒車提示器，其特徵在於在所述的控制單元設有溫度採集模塊，用於檢測和採集周圍的溫度並將相應的數據輸送到控制單元，由該控制單元進行處理後對所述的超聲波測距模塊進行溫度補償，消除溫度變化對測距精度的影響。
專利摘要一種汽車倒車提示器，包括控制單元、超聲測距模塊、人體探測模塊、數碼顯示器和語音讀數及報警器，超聲測距模塊和人體探測模塊分別與控制單元的不同輸入端連接，控制單元的不同輸出端分別與所述的數碼顯示器和語音讀數及報警器連接。超聲波測距應用於汽車倒車可以有效防止倒車時可能發生事故，保障行人與車輛自身安全。紅外檢測系統運用新型熱釋紅外傳感器對人體進行探測，當車後有人出現後發出報警信號。超聲波測出車後的距離用數字顯示及語音提示、車後有人時有語音報警。本實用新型融合超聲波測距技術、紅外探測技術、語音技術為一體。具有集成度高，測量數據精度高、性價比高等特點。具有較強的實用價值和廣闊的市場前景。
文檔編號G08B3/00GK2791663SQ200520015860
公開日2006年6月28日 申請日期2005年4月27日 優先權日2005年4月27日
發明者王振紅, 張斯偉, 李超 申請人:王振紅, 張斯偉, 李超